ĐỀ CƯƠNG bài GIẢNG môn kết cấu hàn

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA CƠ KHÍ ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG MƠN KẾT CẤU HÀN GV: NGUYỄN HOÀNG BẢO HƯNG KẾT CẤU HÀN BÀI 1: VẬT LIỆU CHẾ TẠO KẾT CẤU HÀN 1.1 TÍNH HÀN CỦA THÉP 1.1.1 Khái niệm phân loại a Khái niệm: - Tính hàn khả hàn vật liệu điều kiện chế tạo quy định trước nhằm tạo kết cấu thích hợp với thiết kế cụ thể có tính tích hợp với mục đích sử dụng Tính hàn đo khả năng: + Nhận mối hàn lành lặn khụng bị nứt + Đạt tính thích hợp + Tạo mối hàn có khả trì tính chất q trình vận hành b Phân loại tính hàn: - Căn vào tính hàn loại vật liệu kết cấu hàn hện chia thành bốn nhóm sau: + Vật liệu có tính hàn tốt: Bao gồm loại vật liệu cho phép hàn nhiều phương pháp hàn khác nhau, chế độ hàn điều chỉnh phạm vi rộng, không cần sử dụng biện pháp cơng nghệ phức tạp (như nung nóng sơ bộ, nung nóng kèm theo, nhiệt luyện sau hàn.) mà đảm bảo nhận liên kết hàn có chất lượng cao, hàn chúng điều kiện Thép cácbon thấp phần lớn thép hợp kim thấp thuộc nhóm + Vật liệu có tính hàn thoả mãn (hay cịn gọi vật liệu có tính hàn trung bình): so với nhóm , nhóm thích hợp với số phương pháp hàn định, thông số chế độ hàn dao động phạm vi hẹp, yêu cầu vật liệu hàn chặt chẽ Một số biện pháp cơng nghệ nung nóng sơ bộ, giảm tốc độ nguội sử lý nhiệt sau hàn, sử dụng Nhóm có số thép hợp kim thấp, thép hợp kim trung bình + Vật liệu có tính hàn hạn chế: Gồm loại vật liệu cho phép nhận liên kết hàn với chất lượng mong muốn điều kiện khắt khe công nghệ vật liệu hàn Thường phải sử dụng biện pháp sử lý nhiệt hàn mơi trường bảo vệ đặc biệt (khí trơ, chân không) chế độ hàn nằm phạm vi hẹp Tuy vậy, liên kết hàn có khuynh hướng bị nứt dễ xuất khuyết tật khác làm giảm chất lượng sử dụng kết cấu hàn.Nhóm có loại thép cácbon cao, thép hợp kim cao, thép đặc biệt (như thép chụi nhiệt, thép chụi mài mịn, thép chống rỉ) + Vật liệu có tính hàn xấu: Thường phải hàn cơng nghệ đặc biệt, phức tạp tốn Tổ chức kim loại mối hàn tồi, dễ bị nứt nóng nứt nguội Cơ tính khả làm việc liên kết hàn thường thấp so với vật liệu Ví dụ phần lớn loại gang số hợp kim đặc biệt Trước đây, người ta nghĩ có số vật liệu khơng có tính hàn, tức hàn Tuy nhiên với phát triển khoa học công nghệ hàn, ngày khẳng định tất vật liệu có tính hàn dù chất lượng đạt Khoa Cơ khí – Bộ mơn SCCK GV: Nguyễn Hồng Bảo Hưng Trang KẾT CẤU HÀN khác Sự xuất loại vật liệu mới, loại liên kết hàn đòi hỏi phải thường xuyên cập nhật kiến thức, nghiên cứu hoàn thiện cơng nghệ thích hợp để tạo kết cấu hàn có chất lượng cần thiết 1.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến tính hàn a Ảnh hưởng Carbon - Carbon nguyên tố hợp kim hầu hết lọai thép Tăng hàm lượng carbon làm tăng tính biến cứng vật liệu bị tác động nhiệt Khi xét đến tính hàn xét đến khả giảm thiểu nguy xuất vết nứt biến cứng vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ: Heat Affected Zone) + Xác định hàm lượng Carbon tương đương thép hợp kim: - Khi xác định tính hàn thép hợp kim, phải xét đế ảnh hưởng nguyên tố hợp kim có thép đến tính hàn - Hàm lượng Carbon tương đương số thể ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến tính hàn với giả định nguyên tố hợp kim tác động tương tự tác động gia tăng hàm lượng carbon thép - Cơng thức tính CE sau: Mn Cr  Mo  V Ni  Cu (%)   15 Mn Si Ni Cr 15 Mo (%) CE  C      24 40 CE  C  + Trong đó: C, Mn, Cr, Mo, V, Ni, Cu thành phần hóa học nguyên tố có thép tính theo %.Thơng qua giá trị CE đánh giá tính hàn thép thuộc loại - Theo kinh nghiệm sản xuất người ta đánh giá gần tính hàn thép theo thành phần hoá học cách so sánh tổng lượng nguyên tố hợp kim (H.K(%) với hàm lượng cácbon có thép C (%) bảng sau: Tính hàn thép theo % C H.K(%) (Mn, SI, Cr, NI ) Tốt Thoả mãn Hạn chế Xấu < 1,0 < 0,25 0,25  0,35 0,35  0,45 > 0,45 1,0  3,0 < 0,20 0,20  0,30 0,30  0,40 > 0,4 >3,0 < 0,18 0,18  0,28 0,28  0,38 > 0,38 + Thông số đánh giá nứt nóng: Hcs Đối với thép cácbon trung bình hợp kim trung bình thơng số đánh giá nứt nóng đựơc xác định cơng thức: Si Ni   C P  S   25 100  10 Hcs   3Mn  Cr  Mo  V Khoa Cơ khí – Bộ mơn SCCK GV: Nguyễn Hoàng Bảo Hưng Trang KẾT CẤU HÀN - Trong đó: C, Mn, Cr, Mo, V, Ni, thành phần hóa học nguyên tố có thép kể nguyên tố có hại P, S - Khi Hcs > thép có thiên hướng nứt nóng hàn Với thép độ bền cao chiều dày lớn cần Hcs < 1,6 thiên hướng nứt nóng - Dễ dàng nhận thấy lưu huỳnh coi nguyên nhân gây nứt nóng Cácbon phốt với lưu huỳnh làm tăng mạnh khả nứt nóng Mangan, crơm, mơlipđen vanađi có tác dụng cản trở lại nứt nóng + Thơng số đánh giá nứt nguội: Pl - Thông số đánh giá nứt nguội thông số biểu thị ảnh hưởng nguyên tố hợp kim tới hình thành nứt nguội Pl  PCM  HD K  (%) 60 40 104 - Trong đó: PCM thơng số biểu thị biến dòn vùng ảnh hưởng nhiệt Đối với thép hợp kim thấp: PCM  C      Si Mn  Cr  Cu Ni V Mo  V     5B  30 20 60 10 15 K hệ số cường độ cứng vững HD hàm lượng Hyđrơ có kim loại mối hàn (ml/100g) Khi Pl ( 0,286 thép có thiên hướng tạo nứt nguội Để hạn chế tượng nứt nguội cần phải giảm hàm lượng cácbon hàm lượng Hyđrơ kim loại mối hàn (ví dụ dùng thuốc hàn, que hàn khơng ẩm có chứa H 2) b Ảnh hưởng kết cấu bề dày mối ghép: - Bề dày tương đương (CJT) số tính đến gia tăng bề dày kết cấu mối ghép Chúng ta biết bề dày thép ảnh hưởng đến trình phân tán nhiệt hàn, có nghĩa ảnh hưởng đến tốc độ nguội Nói cách khác ảnh hưởng đến tính hàn kết cấu Cơng thức tính CJT sau: Khoa Cơ khí – Bộ mơn SCCK GV: Nguyễn Hồng Bảo Hưng Trang KẾT CẤU HÀN c Ảnh hưởng lượng hàn: - Các thông số hàn gây tác động đến chất lượng hàn, nghĩa chúng có ảnh hưởng định đến tính hàn thép kết cấu + Cơng thức tính lượng hàn sau: Trong đó: Q = Năng lượng hàn cho đơn vị chiều dài (KJ/mm) E = Điện áp hồ quang (volts) I = Cường độ hàn (Amperes) V = Tốc độ hàn (mm/min) 1.1.3 Quy trình tổng quát để xác định tính hàn yêu cầu nung sơ + Bước 1: Xác định CE từ thông tin biết thành phần hợp kim mác thép hàn Tham khảo bảng 1.1 ứng với trị số CE tính tốn để biết số tính hàn cần tham khảo Tính hàn Carbon tương đương Tính hàn Carbon tương đương CE CE (CE)Tham khảo Chỉ số (CE)Tham khảo Chỉ số Dưới 0.30 0.55 < 0.60 =0.30 < 0.35 0.60 < 0.65 0.35 < 0.40 0.65 < 0.70 0.40 < 0.45 0.70 < 0.75 10 0.45 < 0.50 0.75 < 0.80 11 0.50 < 0.55 > 0.80 12 Bảng 1.1 * Lưu ý: Các số 12 (vd: 12A, 12B, 12C & 13) khơng có liên quan đến CE Khoa Cơ khí – Bộ mơn SCCK GV: Nguyễn Hoàng Bảo Hưng Trang KẾT CẤU HÀN + Bước 2: Dùng sơ đồ 1.1 để xác định bề dày tương đương (CJT) ứng với kết cấu hàn cụ thể Sơ đồ 1.1 + Bước 3: Dùng biểu đồ 1.1, để xác định tác động kết cấu đến số tính hàn Khoa Cơ khí – Bộ mơn SCCK GV: Nguyễn Hoàng Bảo Hưng Trang KẾT CẤU HÀN + Bước 4: Có số hàn dựa vào lượng hàn tính tốn tham chiếu lên biểu đồ biểu đồ để xác định xem có cần nung sơ hay khơng nung sơ nung với nhiệt độ * Lưu ý: - Sơ đồ 2: que hàn/phương pháp hàn đáp ứng điều kiện giảm hấp thụ hydro; - Sơ đồ 3: dùng lọai que/phương pháp hàn khơng ý đến việc kiểm sốt nồng độ hydro bị mối hàn hấp thụ Khoa Cơ khí – Bộ mơn SCCK GV: Nguyễn Hồng Bảo Hưng Trang KẾT CẤU HÀN 1.1.4 Nung sơ để cải thiện tính hàn thép Khi hàn thép carbon cao, hợp kim, nung sơ làm chậm tốc độ nguội mối hàn ngăn chặn việc hình thành cấu trúc luyện kim bất lợi cho tính thép vùng ảnh hưởng nhiệt Nung sơ làm giảm chênh lệch nhiệt độ khu vực xung quanh vùng hàn, làm giảm ứng suất nhiệt tác động lên mối hàn Nhiệt độ nung sơ cần xác định theo yêu cầu hình Figure Nung cao gây lãng phí biến dạng kết cấu, nung q thấp khơng cải thiện tính hàn mong muốn Ngòai phải ý đến việc giữ nhiệt lớp hàn để bảo đảm tính hàn cải thiện triệt để Nung sơ giúp cho q trình khí hydro khỏi vùng hàn tăng cường, kết nguy nứt hydro cải thiện đáng kể 1.1.5 Gá đặt hàn đính có vai trị quan trọng cho việc cải thiện cất lượng hàn - Các khuyết tật hàn thường gặp có nguyên nhân non tay nghề quy trình hàn khơng tn thủ Các khuyết tật bao gồm:  Thiếu chảy, chồng mép  Thiếu ngấu  Nứt đơng rắn  Bọt khí  Ngậm xỉ - Các khuyết tật hầu hết trình chuẩn bị mối hàn cẩu thả Mặt khác, giám sát hàn thợ hàn xem nhẹ tác động nguyên công gá đặt hàn đính Kết q trình hàn không thực suôn sẽ, nhiều trường hợp dẫn đến chất lượng hàn Mối hàn chuẩn bị tốt phải bảo đảm:  Góc hàn thíết kế hợp lý để tiết diện lớp hàn có tỉ lệ hợp lý chiều cao bệ rộng; tạo thuận lợi cho q trình khí chống nứt đông rắn mối hàn  Mép hàn tẩy để hạn chế bọt khí, ngậm xỉ  Các mối hàn đính phải thực với lọai que đắp, phương pháp qui trình hàn  Các mối hàn đính phải chắn phân bố hợp lý để chịu đượng co rút, biến dạng nhiệt sinh hàn Khoa Cơ khí – Bộ mơn SCCK GV: Nguyễn Hoàng Bảo Hưng Trang KẾT CẤU HÀN 1.1.6 Các nhóm vật liệu số tính hàn Chỉ số Hướng dẫn 1&2 Tính hàn tốt hàn với nhóm que AWS A5.1: E60XX or 70XX Hoặc hàn MIG/MAG với dây ER70S-6 hàn dây thuốc (FCAW) ER70T không cần biện pháp đặc biệt nung sơ 2A* Thép nhóm có tính hàn xấu có hàm lượng lưu hùynh cao có chứa chì, xu nứt nóng nghiêm trọng Khi thiết phải hàn dùng que basic E7016 que hàn austenite có hàm lượng Mangan cao 3&4 Tính hàn tốt nhóm & Hàn GMAW FCAW sử dụng điều kiện công nghệ cho phép Với bề dày tương đương ≥50mm, tốt nên sử dụng que hàn cácphương pháp giảm hydro có chế độ nung sơ thoả đáng 3A* & 4A* Các que hàn nhóm địi hỏi phải phê chuẩn hàn kết cấu tàu Nhóm hàn với que hàn tương đương tiêu chuẩn Úc / New zealand AS/NZS1553.1: E41XX-2 or E48XX-2 Có thể dùng phương pháp GMAW với dây ER70-S6 Có thể dùng phương pháp hàn dây thuốc 5&6 Nhóm thép hợp kim thấp có độ bền trung bình cao, Chọn que hàn có độ bền tương ứng, thành phần hóa học tương đương Tốt nên chọn nhóm thuốc basic (giảm hydro) dây hàn có cấp độ bền tương đương Nên nung sơ có yêu cầu 5A* Nhóm cần lưu ý tính chịu ăn mịn thời tiết, chọn que hàn có chứa đồng Nickel Khi màu sắc khu vực mối hàn không tiêu kỹ thuật hàn nhóm 7, & Giống nhóm & Dùng que hàn qui trình giảm hydro với lưu ý hàm lương carbon tương đương cao, nên khả biến cứng vùng ảnh hưởng nhiệt mạnh Mối hàn phải bảo đảm có tính tốt kim lọai hàn Cần tuân thủ nghiêm nhặt qui trình nung sơ bộ, giữ nhiệt lớp hàn làm nguội chậm sau hàn Nhằm hạn chế xu nứt hydro, que hàn phải sấy bảo quản theo hướng dẫn nhà cung cấp 7B* Nhóm thép Chrom-Molybden Molybden phải hàn với nhóm E80XX-B2, dây hàn Autocraft Mn-Mo / CrMo1 áp dụng GMAW Phải bảo đảm yêu cầu để bảo toàn độ bền rão chống ăn mịn nhiệt hóa cho khu vực hàn Phải sử dụng qui trình hàn giảm hydro kết hợp với qui trình nung, giữ nhiệt thoả đáng Làm nguội chậm xử lý nhiệt sau hàn *Chú thích Các ký tự bA, B & C cho biết cần có ý đặc biệt ngồi số CE diện lưu hùynh (S), chì ( Pb) nguyên tố hợp kim nằm ngịai cơng thức tính CE Khoa Cơ khí – Bộ mơn SCCK GV: Nguyễn Hồng Bảo Hưng Trang KẾT CẤU HÀN 10 & 11 11A Dùng qui trình giảm hydro với ý bảo đảm thành phần hợp kim độ bền chọn kim lọai đắp Que / Dây hàn cần sấy / bảo quản theo hướng dẫn để hạn chế xu nứt hydro Giữ nhiệt độ nung sơ thoả đáng, làm nguội chậm xử lý nhiệt sau hàn Như nhóm 2A Dùng que giảm hydro sấy cẩn thận 12 Dùng qui trình hàn giảm hydro.Tùy ứng dụng sử dụng kim lọai đắp có độ bền thấp cao kim lọai hàn Nhóm thép dễ biến cứng cần tuân thủ chặt chẽ qui trình nung sơ bộ, giữ nhiệt, kiểm sốt tốc độ nguội xử lý nhiệt sau hàn 12A* Thép hợp kim lị xo: dùng que qui trình giảm hydro để hàn, nhóm Exx16 thích hợp Cần sấy que kỹ Nhiệt độ nung sơ cao 250-300°C giữ nhiệt lớp hàn với nhiệt độ không đổi Sau hàn làm nguội chậm chi tiết vôi ủ cách nhiệt Hàn que hàn sấy nóng có nhiệt độ 150 - 200° 12B* Nhóm thép Chrom-Molybden phải hàn với que E90XX –B3 dây hàn Autocraft CrMo2 hàn MIG/MAG để bảo đảm tính chống rão chống ăn mịn nhiệt hóa Sử dụng qui trình giảm hydro với ý nung sơ bộ, giữ nhiệt làm nguội xử lý nhiệt sau hàn 12C* Nhóm thép dụng cụ tơi, tính hàn xấu Hạn chế hàn Khi cần hàn để sửa chữa tạm thời nên dùng que hàn có hàm lượng nickel cao Ferrocraft 18-Ni (E Ni-CI) dây thuốc Supre-Cor sau ủ chi tiết Nung nóng, giữ nhiệt làm nguội chậm Sau hàn phải xử lý nhiệt Cần tham khảo hướng dẫn nhà cung cấp thép hàn Khoa Cơ khí – Bộ mơn SCCK GV: Nguyễn Hồng Bảo Hưng Trang ...KẾT CẤU HÀN BÀI 1: VẬT LIỆU CHẾ TẠO KẾT CẤU HÀN 1.1 TÍNH HÀN CỦA THÉP 1.1.1 Khái niệm phân loại a Khái niệm: - Tính hàn khả hàn vật liệu điều kiện chế tạo quy định trước nhằm tạo kết cấu. .. hàn đo khả năng: + Nhận mối hàn lành lặn khụng bị nứt + Đạt tính thích hợp + Tạo mối hàn có khả trì tính chất q trình vận hành b Phân loại tính hàn: - Căn vào tính hàn loại vật liệu kết cấu hàn. .. đến tính hàn kết cấu Cơng thức tính CJT sau: Khoa Cơ khí – Bộ mơn SCCK GV: Nguyễn Hồng Bảo Hưng Trang KẾT CẤU HÀN c Ảnh hưởng lượng hàn: - Các thông số hàn gây tác động đến chất lượng hàn, nghĩa